数控机床故障的分析及处理

徐志鹏　丁峥

[摘           要]  立足于数控机床的结构及原理，从故障维修的角度对数控机床进行分析，并从工作原理的角度出发，对故障的分类及维修注意事项进行了深入的分析和讨论。

[关    键   词]  数控机床;维修原则;故障分析

[中图分类号]  TG659                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2019）36-0118-02

一、数控机床的了解

数控机床作为综合机、电、液、气、光等多种技术为一体的复合型现代化加工设备，其加工维修技术不仅为数控机床的正常运行提供保障，还可以对数控机床的发展及改进完善起到巨大的推动作用。数控机床出现的故障现象多种多样，如磨损、锈蚀、机械失效、加工误差大、工件表面粗糙、插件接触不良、电子元器件老化、电流电压波动、温度变化、干扰、滚珠丝杠副有噪声、软件丢失等。这些故障不仅会导致机床工作异常，甚至还有可能导致重大的生产事故，直接危害到工厂正常的生产和加工秩序。所以，如何正确维护数控设备，对设备故障进行迅速诊断且及时排除解决故障，是保证生产秩序正常进行的必备工作，下面着重对数控机床的故障诊断及故障分析进行介绍。

二、数控机床故障诊断原则

数控机床作为高度自动化综合型的加工设备，其故障的产生会遵循一定规律，这就为维修人员提供了维修参考方向。维修人员在排查故障过程中应遵循故障的产生规律进行逐一排查，提高排查故障效率的同时还能有效避免遗漏。

（一）先外后内

数控机床的故障由内因和表象两大部分组成。这两个部分互为表里，彼此相依，倘若贸然处理其中一个，势必会对另一部分造成一定影响。在对故障机床进行故障排查时，首先应从表象着手，遵循由外而内、由表入里的原则，对故障机床进行排查，尽量避免因随意启封、拆卸造成故障扩大，排查故障难度进一步提升等问题。

（二）先静后动

由于机床发生故障后，一般都会采取停机待援操作。故在对机床进行诊断之前，应先在机床断电的静止状态下，利用观察推敲、原理测试等方法对故障现象进行分析。当确定故障为非破坏性故障后，方可给机床通电，并在运行状态下，利用动态观察、调试检验和启停测试等方法查找故障。若故障为破坏性故障，则应先着手排除故障危险后，再进行通电，以免造成机床故障的进一步恶化。

（三）先易后难

当多种故障同时存在时，故障现象会出现重叠以及覆盖等情况，此时应先从简单的问题着手，层层剥离，遵循先易后难、先简后繁的原则，将难度较大的问题放在最后解决。这样抽丝剥茧的过程，不但可以将故障的原因及现象展露无遗，而且往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。

（四）先机械后电气

由于数控机床是机械技术和电气技术的组合体。一般来说，机械故障现象明显，比较容易发觉，且排查故障过程相对简单。而数控系统电气故障由于电气系统的本身特点，决定了电器类故障的诊断和排除难度相对较大，且电气故障通常较为隐晦难查，故应在扫清机械故障之后，再对电气故障进行处理，以收事半功倍之效。

三、数控机床常见故障分析

数控机床故障类型比较多，有时候故障现象与故障原因并不一定遵循一一对应关系，所以在修理过程中，经常会遇到不同故障原因导致相同故障现象的情况。故而这里根据数控机床的组成、工作原理及特点，针对常见故障及排查故障注意事项进行介绍。

（一）数控系统故障

1.位置环：该部件是数控系统发出控制指令脉冲，并与位置检测系统的反馈值相比较，进一步完成控制任务的关键环节。其工作频率较高，且与外部设备相关联，非常容易发生故障。常见的故障有：

①伺服位控環报警：此时应先检查测量回路，查看其是否开路;如果测量回路没有异常，则应考虑测量系统可能损坏，造成的位控单元内部损坏。

②不发指令脉冲就运动：此时应检查是否漂移过高，使正反馈或位控单元故障从而导致测量元件损坏。

③测量元件故障：这种故障现象一般表现为无反馈值、机床回不到基准点或高速时漏脉冲产生报警，该故障大多是由光栅、读数头脏污或损坏导致的。

2.电源部分：电源是维持系统正常工作的能源支持部分，其故障的直接结果是造成整个系统停机甚至损坏。由于国内电网波动较大，而且经常伴随高频脉冲之类的干扰，再加上人为因素（如突然拉闸断电等）的影响，都有可能造成电源监控故障或损坏。不仅如此，数控系统运行数据、设定数据以及加工程序一般储存在存储器内，系统断电后，靠电源的后备蓄电池或锂电池来保持。当停机时间比较长，拔插电源或存贮器都可能造成数据丢失，使系统不能运行。

3.可编程序控制器逻辑接口及数控系统的逻辑控制（如刀库管理、液压启动等）主要由PLC来实现，要完成这些控制就必须采集各控制点的状态信息，如通断继电器状态、伺服阈值信号等。由于它与外界种类繁多的各种信号源和执行元件相连接，变化频繁，所以发生故障的可能性就比较大，而且故障类型也千变万化。

4.其他由于环境条件，如干扰、温度、湿度超过允许范围，操作不当、参数设定不当，也可能造成系统停机或故障。

（二）进给伺服系统故障

进给伺服系统的故障有两种表现形式：一是利用软件诊断程序在CRT上显示报警信息;二是利用伺服系统上的硬件（如发光二极管、保险丝熔断等）显示报警。

1.软件报警形式。

现代数控系统都配有对进给系统进行监视、报警能力的监控软件，当系统出现故障时有时可在CRT上显示。在CRT上显示进给驱动的报警信号大致可分为三类：

①伺服进给系统出错报警：这类报警的起因，大多是速度控制单元方面的故障引起的，或是主控制印刷线路板内与位置控制或伺服信号相关部分的故障。

②检测出错报警：主要是检测元件（测速发电机、旋转变压器或脉冲编码器）或检测信号方面引起的故障。

③过热报警：当系统内部温度超过一定阈值时，也会经常出现这类报警。大部分原因多见于过载运行、线路短路等情况。

2.硬件报警形式。

硬件报警包括速度单元上的报警指示灯和保险丝熔断以及各种保护用的开关跳开等报警。报警指示灯的含义与速度控制单元在设计上的差异紧密相连，一般有以下几种：

①电流报警：多为速度控制单元上的功率驱动模块损坏。检查方法是在切断电源的情况下，用万用表测量模块集电极和发射极之间的阻值，与正常值相比较，确认该模块是否损坏。

②高电压报警：原因是输入的交流电源电压超过了额定值的10%，或是电动机绝缘能力下降，或是速度控制单元的印刷线路板接触不良。

③电压过低报警：由于输入电压低于额定值的85%或是电源连接不良引起的。

④速度反馈断线报警：多是由伺服电动机的速度或位置反馈线接触不良或连接器接触不良引起的。

⑤保护开关动作：此时应首先分清是何种保护开关动作，然后再采取相应的措施解决。如果伺服单元上热继电器动作，应先检查热继电器的设定是否有误，然后再检查机床工作时的切削量是否过大或机床摩擦力矩是否太大。

⑥过载报警：造成过载报警的原因有机械负载不正常，或是速度控制单元上电动机电流的上限值设定得太低。

（三）机械故障

所谓机械故障，就是指机械系统（零件、组件、部件、整台设备和设备组合）因偏离其设计状态而丧失部分或全部功能的现象。如机床运转不平稳、轴承噪声过大、机械手夹持刀柄不稳定等现象都是机械故障的表现形式。

数控机床的机械故障主要包括机械结构、润滑、冷却、排屑、液压、气动和防护等装置。常见的主机故障有：因机械安装、调试和操作使用不当等原因引起的机械传动故障与导轨运动摩擦过大故障。故障表现为传动噪声大、加工精度差、运行阻力大。出现报警字符“BAT”则表示控制单元电池电压低，此时需在机床供电的情况下更换系统电池。如果此时信号处没有出现报警字符“BAT”则表示驱动电池电压低，此时需在机床供电的情况下更换驱动上的电池。注意：更换电池时机床必须带电，以免造成数据丢失。

四、總结

数控机床在制造业当中有着举足轻重的地位，制造业的产品质量都由数控机床的精度和效率决定。所以，减少平均无故障时间，保证机床正常工作是非常重要的。当遇到机床问题时，首先要沉着冷静，要学会从故障的角度分析问题，再根据维修原则和经验进行检修。每次维修的过程需作好记录，不仅为日后的维修提供依据，还有利于维修数据的分析及故障信息的归纳总结。

参考文献：

[1]王爱玲.数控机床故障诊断与维修[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]邓三鹏.现代数控机床故障诊断与维修[M].北京：国防工业出版社，2009.

[3]吴国经.数控机床故障诊断与维修[M].北京：电子工业出版社，2005.

[4]李梦群.现代数控机床故障诊断及维修[M].北京：国防工业出版社，2009.

[5]王贵成.数控机床故障诊断技术[M].北京：化学工业出版社，2005.

◎编辑 马燕萍